Einrichtung für Ultraschallschweißen (mit Diagramm)
Nachdem Sie diesen Artikel gelesen haben, lernen Sie anhand eines Diagramms den Aufbau für das Ultraschallschweißen kennen.
Beim Ultraschallschweißen, erfunden im Jahr 1938, wird eine mit Ultraschallfrequenz schwingende metallische Spitze (dh die Vibrationen, die einen Ton außerhalb des menschlichen Hörbereichs erzeugen) dazu gebracht, ein dünnes Stück mit einem dickeren Stück zu verbinden, das auf einem Amboß getragen wird. Die verwendete Frequenz liegt hauptsächlich bei 20 kHz, obwohl Berichten zufolge höhere Frequenzen bis 60 kHz verwendet wurden. Je höher die Vibrationsfrequenz, desto höher ist die Geschwindigkeit, mit der Energie übertragen wird.
Ultraschall-Schweißgeräte bestehen aus zwei Hauptteilen, einer Stromquelle und einem Wandler. Die Stromquelle wandelt das 50-Hz-Netz in eine elektrische Hochfrequenzleistung um, die vom Wandler in einen magnetischen Fluss und dann in die kinetische Bewegung umgewandelt wird, die durch einen Geschwindigkeitstransformator verstärkt wird. Die schematische Darstellung des Aufbaus ist in Abb. 2.36 dargestellt.
Die Ultraschallschweißwandler sind zwei Arten, nämlich piezoelektrische Kristalle und magnetostriktive, wobei letztere aus Nickel- oder Nickellegierungsschichten besteht, die sich im Schritt mit Vibrationen aus dem Verstärker aufgrund der Verformung von Nickel beim Erhitzen ausdehnen und zusammenziehen.
Der Wandler und der hornförmige Geschwindigkeitstransformator bilden eine Einheit, die Sonotrode genannt wird. Die Spitze des zum Schweißen verwendeten Geschwindigkeitstransformators besteht aus Schnellarbeitsstahl (Stahl mit 14 bis 22% Wolfram und 4% Chrom) oder Nimonic-Legierung und hat eine kugelförmige Kontur mit einem Radius von 75 mm. Diese Spitzen sind mit dem Horn verlötet oder verschweißt.
Der Geschwindigkeitstransformator besteht aus einem verlustarmen, hochfesten Metall wie Titan und ist auf Basis der Beziehung f = λE so geformt, dass die gewünschte Frequenz erreicht wird, wobei / die Vibrationsfrequenz, λ die Wellenlänge und E der Elastizitätsmodul des Horns ist Material. Da die Schweißspitze ein Antinode sein muss, muss die Länge des Horns ein Vielfaches von λ / 2 sein, und jede Unterstützung muss an Knotenpunkten bei λ 4 sein. Ein Vibrator kann daher nur mit einer bestimmten Frequenz arbeiten.
Das zu schweißende Werkstück wird in Überlappungsverbindung unter die Sonotrodenspitze gelegt und auf einem Amboss gestützt. Die Sonotrodenspitze wird mit Hilfe einer pneumatischen, hydraulischen oder einer federbetätigten Vorrichtung mit Kraft beaufschlagt. Dieses Setup kann für Punkt- und Betrugsschweißungen verwendet werden. Um eine ringförmige oder ringförmige Ultraschallschweißung herzustellen, wird die Kraft tangential auf eine zylindrische Spitze aufgebracht, um der Schweißspitze eine Torsionsschwingung zu verleihen.
Aufgrund der Ultraschallschwingungen bricht die Oxidschicht über dem Metall und es wird ein sauberer Kontakt von Metall zu Metall erzielt. Die Temperatur an der Grenzfläche steigt auf zwischen 35 und 50% der absoluten Schmelzpunkttemperatur des Metalls und somit wird eine Festkörperschweißung erreicht.
Die Festigkeit der Schweißnaht beträgt 65 bis 100% der Grundmetallfestigkeit. Das Verfahren ist schnell und es wurde über Betrug mit einer Geschwindigkeit von bis zu 10 m / min berichtet. Die für die Ultraschallschweißeinheit erforderliche Energie (E) hängt von der Dicke (t) und der Härte (h) des zu schweißenden Materials ab und kann aus der folgenden Beziehung berechnet werden.
E = Kt 3/2 h 3/2
Bei ausreichender Kraft kann eine Punktschweißung in weniger als einer Sekunde vorgenommen werden, die maximale Dicke des dünneren Stücks sollte jedoch 3 mm nicht überschreiten.
Das Ultraschallschweißen kann zum Schweißen dünner bis dicker Teile sowie zum Schweißen unterschiedlicher Metallkombinationen wie Aluminium mit Stahl, Aluminium mit Wolfram, Aluminium mit Molybdän, Nickel mit Messing usw. verwendet werden. Die Hauptanwender des Verfahrens sind Halbleiter, Mikro -Circuit und elektrische Kontaktindustrien. Es wird auch in der Automobil- und Luftfahrtindustrie verwendet.
Typische Anwendungen des Verfahrens umfassen die Herstellung von kleinen Motorankern, Aluminium- und Goldleitungsverbindungen zu Transistoren und Dioden, Hubschrauberzugangstüren, unähnliche Metallverbindungen in Solarkollektoren. Die einzigartige Anwendung des Verfahrens ist jedoch das Schweißen von Behältern mit Sprengstoffen wie Nitroglyzerin, Pyrotechnik (Feuerwerk) und reaktiven Chemikalien.
